Wirtschaftliche Einwegtechnologie

Hynetics-Mischsysteme erfüllen die strengen cGMP-Richtlinien und andere bestimmende Regularien in der Life Science-Industrie. Die Systeme sind in verschiedenen Standardgrößen von 5 bis 10 000 l verfügbar, wobei das modulare Design niedrige Kosten, kurze Lieferzeiten und teilweise sogar den Einsatz von handelsüblichen Ersatzteilen sicherstellt. Einwegsysteme tragen damit nicht nur zur Senkung der Prozesskosten bei, sondern auch zur signifikanten Reduktion von Planungs- und Durchführungszeiten für neue Projekte. Ferner wird die Notwendigkeit einer kostspieligen Reinigung und deren aufwändiger Validierung zwischen zwei Produktionszyklen deutlich reduziert. Die Gefahr von Kreuzkontamination ist nahezu ausgeschlossen.

Das Hynetics-Mischsystem ist ein in sich komplett geschlossenes System. Einmal konfiguriert, ist es vielfältig einsetzbar. Alfa Laval hält einen vollständig ausgerüsteten Prüfstand vor, um die Effektivität des Einwegsystems zu demonstrieren und Verfahren und Equipment von Anwendern zu evaluieren und anzupassen.

Das Herz des Systems ist ein sechseckiger Supportbehälter, der hohe Turbulenzen in den Ecken und somit eine intensive Vermischung gewährleistet. Eine Tür an der Wandung des Aufnahmebehälters ermöglicht den Zugang und die Platzierung der Einwegbehälter. Der Einwegmischer ist an einen außen liegenden Antrieb angeschlossen, der die Drehbewegung des Motors in eine vertikale Bewegung für den Mischer umsetzt. Die Frequenz dieses Vibromischers kann von einer sanften bis hin zu einer hochfrequenten Bewegung reguliert werden. Wägezellen sind ebenso wie externe Temperaturmessung und die Regelung über einen Doppelmantel integrierbar. Weitere Optionen sind eine peristaltische Pumpe, Aufnahmevorrichtungen für Sterilfilter, automatische Befüllungs- und Absaugventile sowie eine Hebevorrichtung für das Pulverhandling. Die Systemsteuerung erfolgt über eine Relaislogik mit fest verdrahteten Sicherheitskreisen oder optional über eine PLS- oder DCS-Plattform. Jedes Hynetics-Mischsystem wird vor dem Versand sorgfältig geprüft, detaillierte Dokumentationsunterlagen werden mitgeliefert. Zudem wird ein kompletter Werksabnahmetest (FAT) einschließlich Prüfung der Prozesssequenzen durchgeführt, wobei die Prozessbedingungen mit den Einwegkomponenten, Schlauchanschlüssen und Filtern abgestimmt werden.

Das Mischprinzip ist für alle Behältergrößen identisch, so dass ein Scale-up von der Pilotanlage bis zur Produktionsgröße problemlos möglich ist. Das Kernstück des Systems bildet die eigentliche Mischscheibe, die fester Bestandteil des Einwegbehälters ist. Auf der Unterseite der gelochten Scheibe sind Lippen so angebracht, dass sie während der Abwärtsbewegung an die Scheibe gedrückt werden und dadurch das Medium nach unten drücken, so dass es zu den Seiten des Behälters strömt. Während der Aufwärtsbewegung öffnen diese Lippen die Löcher der Scheibe, und das Medium kann durchströmen. Die Scheibe ist aus Kunststoff und bildet zusammen mit dem Behälter das Einwegsystem. An der Oberseite kann eine „Powder-Feed-Bag“ angeschlossen werden, über die eine staubfreie Zuführung des Pulvers in die Flüssigkeit ermöglicht wird. Ein weiterer Anschluss befindet sich an der Oberseite des Einwegbehälters, um weitere benötigte Flüssigkeiten, z.B. WFI, dem Ansatz zuführen zu können. Integraler Bestandteil dieses Anschlusses ist eine Sprühdüse, über die Flüssigkeiten auch entlang der Innenseite des Behälters zugeführt werden können. Dadurch wird sowohl die Innenwand gespült, als auch die Oberfläche der Flüssigkeit in Bewegung gesetzt, was die Vermischung beschleunigt. Ein weiterer Anschluss an der Oberseite dient der Be- und Entlüftung. Auf der Unterseite des Behälters befinden sich zwei Anschlüsse, einer davon für die Entleerung des Behälters. Der zweite Anschluss kann für eine Rezirkulation oder Probenahme verwendet werden. Sofern eine Filtration erforderlich ist, sollte diese im weiteren Downstreaming nach der peristaltischen Pumpe und vor weiteren Prozessschritten wie Abfüllung oder Weiterverarbeitung erfolgen.

Trotz eines großen Interesses an der Einwegtechnologie wurden in der Vergangenheit selten Kaufentscheidungen zugunsten dieses Systems getroffen. Der Mangel an betriebswirtschaftlichen Daten war dabei eine wesentliche Schwachstelle. Daher sind Fallstudien, die reale Daten widerspiegeln, zwingend erforderlich, um Interessenten objektive Informationen zu liefern.

Alfa Laval führte 2005 eine Wirtschaftlichkeitsanalyse (ROI) für einen vertraulichen Kunden durch, um die Umsetzung von Hynetics-Einwegmischsystemen in dessen Pilotanlage zu evaluieren. Das System soll für die Formulierung von Medienansätzen in einer biotechnischen Anwendung eingesetzt werden und wurde mit den alternativen Möglichkeiten einer Fremdbeschaffung der vorformulierten Produkte und einer konventionellen Edelstahlanlage verglichen.

Die primäre Zielsetzung der Kostenanalyse war der Vergleich von Investitions- und Betriebskosten für die Herstellung von 3000 l Medium in einem nicht-GMP-gerechten Bioreaktor in einem Technikumsbetrieb. Wie bereits erwähnt, wurden drei Optionen betrachtet: Outsourcing, Medienherstellung mit Hynetics und in einem konventionellen Edelstahlsystem. Für die ökonomische Auswertung wurde der Kapitalwert (NPV) jeder Option auf der Basis einer Lebensdauer von fünf Jahren für den Bioreaktor errechnet. Die Investitionskosten wurden mit der linearen Methode auf sieben Jahre abgeschrieben, die Anlagenkosten linear auf 39 Jahre. Bei den Betriebskosten wurde eine jährliche Inflationsrate von 3 % berücksichtigt. Ferner wurden ein Steuersatz von 35 % p.a. und die Kosten der Kapitalbeschaffung mit 5 % angenommen, um den zukünftigen Cash-Flow zu diskontieren. Die Tabelle stellt die Wirtschaftlichkeitsberechnung der drei Optionen gegenüber. Die gesamten Kapital- und Betriebskosten sind dabei berücksichtigt. Die eigene Medienherstellung kann, über einen Fünf-Jahres-Zeitraum gerechnet, substanzielle Kosteneinsparungen gegenüber dem Outsourcing ermöglichen. Dabei werden sowohl mit dem Einweg-Mischsystem als auch mit dem konventionellen Edelstahl-System Einsparungen von mehr als 10 Mio. Dollar über die fünf Jahre erzielt. Option 3 stellt insgesamt das kapitalintensivere Szenario dar, wobei die Mehrkosten hauptsächlich aus Installation und CIP/SIP-Reinigung herrühren.

Option 1 zieht die höchsten Betriebskosten nach sich, mit einem signifikanten Anteil für den Einkauf der vorformulierten Medien. Damit sind die Gesamtkosten des Outsourcing höher als bei den anderen beiden Optionen 2 und 3. Zwischen den letzten beiden Optionen bestehen hingegen nur kleinste Unterschiede in den Betriebskosten. Die Kosten für die Beschaffung der Ausgangsmaterialien überwiegt bei weitem die Summe aller anderen laufenden Betriebskosten.

Während die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung nur einen minimalen Unterschied bezüglich der Investitionskosten und der jährlichen Betriebskosten zwischen dem Hynetics- und dem Edelstahlsystem aufweist, überzeugte Hynetics jedoch zusätzlich mit qualitativen Vorteilen. Der Verzicht auf SIP und CIP verringert die Produktionszeiten, vereinfacht den gesamten Produktionsprozess und verringert das Risiko von Bedienfehlern. Das grundlegende Prinzip des Hynetics-Systems eliminiert ferner den Großteil der Risiken, die durch mechanische Fehler an konventionellen Systemen entstehen können. Weitere Vorteile sind höhere Sicherheit bezüglich der Sterilität, einfachere Qualifizierbarkeit (QA/QS) und komfortable Scale-up-Möglichkeiten. Obgleich schwierig zu quantifizieren, sollten auch die weniger konkreten Kosteneinsparungen berücksichtigt werden. Dazu gehören das deutlich geringere Risiko von Kreuzkontaminationen, reduzierte Produktionszeiten und damit verbundenen Kapazitätserhöhungen sowie Zeitersparnis aufgrund von verringerten Anfahrzeiten.

cav 455

2nd European Congress on Life Science Process Technology – Technopharm

Mehr Informationen zum Hynetics-System

APV – Arbeitsgemeinschaft für Pharmazeutische Verfahrenstechnik